شبيه‌سازي جريان‌هاي الكترواسموتيك موازي به روش لتيس بولتزمن

Simulation of parallel electroosmotic flows with lattice Boltzmann method

در اين مقاله با ارايه دو مدل جديد و مناسب از معادلات پواسن و ارنست-پلانك در روش لتيس بولتزمن، جريان الكترواسموتيك در يك ريزمجراي تخت با توزيع غيريكنواخت بار سطحي ديوار مورد بررسي قرار گرفته است. حل معادلات ارنست - پلانك در تعيين توزيع يون‌ها از آن جهت حايز اهميت است كه بر خلاف توزيع بولتزمن، اثر مكانيزم مهم جابجايي نيز در توزيع يون‌ها لحاظ مي‌شود. ارزيابي صحت مدل به كمك شبيه‌سازي تغييرات پتانسيل الكتريكي و جريان الكترواسموتيك در يك ريزمجراي تخت با بار سطحي يكنواخت كه حل تحليلي و عددي آن نيز موجود است، صورت گرفته است. در نهايت جريان الكترواسموتيك در يك مجرا با بار سطحي غيريكنواخت (موضعي) در دو حالت منفرد و موازي شبيه‌سازي و مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

In the present work a new lattice Boltzmann (LB) framework has been developed to study the electroosmotic flows in a 2-D flat microchannel. The governing equations are presented in the continuum model, while a set of equivalent equations in LB model is introduced and solved numerically. In particular, the Poisson and the Nernst–Planck (NP) equations are solved by two new lattice evolution methods. In the analysis of electroosmotic flows, when the convective effects are not negligible or the Electric Double Layers (EDLs) have overlap, the NP equations must be employed to determine the ionic distribution throughout the microchannel. The results of these new models have been validated by available analytical and numerical results. The new framework has also been used to examine the electroosmotic flows in single and parallel heterogeneous microchannels.